手套箱在锂离子电池研发中的作用

发布时间：2024-12-19|阅读：358次

一、提供无水无氧环境

1、防止电极材料氧化和水解

锂离子电池的电极材料（如锂金属、碳材料、过渡金属氧化物等）对水和氧气非常敏感。在空气中，锂金属会迅速与氧气和水发生反应，生成氢氧化锂和氧化锂等物质。例如，锂金属与水反应会产生氢气，这不仅会消耗锂，还可能带来安全隐患。而在手套箱的无水无氧环境中，可以有效避免电极材料在合成、处理和组装过程中发生氧化和水解反应。

对于正极材料，其中的过渡金属元素在有水有氧的环境下，其化学状态和晶体结构可能会发生改变，影响材料的电化学性能。手套箱内的惰性气体（如氩气或氮气）氛围能将氧气和水分含量控制在极低水平（通常小于 1ppm）

，确保电极材料的稳定性和性能一致性。

2、保证电解液稳定性

锂离子电池电解液通常是由锂盐）溶解在有机溶剂中组成。这些有机溶剂和锂盐都具有一定的化学活性，容易与水和氧气发生反应。例如，LiPF₆遇水会分解产生 HF（氢氟酸），HF会腐蚀电池电极材料和集流体，导致电池性能下降。

手套箱内的环境可以防止电解液在储存、转移和注入电池的过程中吸收水分或与氧气反应，从而保证电解液的化学稳定性，确保其在电池中的正常功能，如离子传输和电化学窗口的维持。

二、确保电池组件组装质量

1、清洁的组装环境

在锂离子电池组装过程中，需要将正极、负极、隔膜等组件精确地组装在一起。手套箱内的无尘环境可以避免灰尘、纤维等杂质进入电池组件之间。如果有杂质颗粒夹在电极和隔膜之间，可能会导致电池内部短路，降低电池的安全性和使用寿命。

2、精确的操作空间

手套箱的设计提供了一个便于操作的封闭空间，操作人员可以通过手套进行细致的电池组装操作。手套的灵活性使得可以精准地放置电极片、隔膜等组件，并且可以方便地进行诸如焊接、注液等操作。

三、助力电池性能测试与研究

1、原位测试环境

手套箱为电池性能的原位测试提供了理想的条件。研究人员可以在手套箱内直接搭建电池测试系统，对电池进行充放电测试、电化学阻抗谱（EIS）测试等多种电化学测试。在原位测试过程中，由于手套箱内的环境稳定，可以准确地获取电池在不同状态下的性能参数，而不会受到外界水、氧等因素的干扰。

2、材料表征与研究

在锂离子电池研发过程中，需要对电极材料、隔膜材料等进行各种表征分析，如 X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等。手套箱可以与这些表征设备联用，使得在材料制备后无需暴露在空气中即可直接进行表征。

这样可以避免材料在转移过程中与空气接触而发生性质变化，从而获取材料最真实的结构和形貌信息。例如，对于一些纳米结构的电极材料，在空气中可能会迅速氧化或者团聚，在手套箱内直接进行 SEM 观察可以准确地看到材料的原始形貌，为材料的优化和电池性能的提升提供可靠的依据。